日本研發（fā）可修複末梢神經新材料

 

受損末（mò）梢神經（jīng）的治療方（fāng）式之一為移植管狀人工神經。但這一方式僅適用於（yú）受傷等導致神經切（qiē）斷的情況，無法用（yòng）於患者的（de）腕管（guǎn）綜合征等卡壓性神經受損病（bìng）例。

 

日本物質與材料研究（jiū）機構與大阪大學組成的研究團隊發布消息稱，現已成（chéng）功研發出可直接纏繞受損末梢神經、用於（yú）治療手足麻木與疼痛的布狀新（xīn）材料。新材料會釋放（fàng）出具神經再生效果的維生素B12，並在神經修（xiū）複後自然分解。

 

據報道，研究團隊（duì）對成為（wéi）原料的塑料結（jié）構下功夫，製作直（zhí）徑約為頭發（fā）絲千分之一的數百納（nà）米細（xì）纖維，製成了含維生素B12且可纏繞神（shén）經的柔軟網狀物。隨後（hòu）將其移植到坐（zuò）骨神經受損的小白鼠上，六（liù）周便可恢複與正（zhèng）常小白鼠相同程（chéng）度的運動與神經信息傳遞功能。

 

目前團隊力爭在手掌根部附近神經受卡壓致使手指感到麻木的“腕管綜合征”等（děng）治療中投入實（shí）際運用。

 

 

美國能源部（bù）成立生物能源化（huà）學催化聯盟

致力於開發新型生物能源（yuán）應用催（cuī）化材料

 

生物質能源技術是指利用“農林廢物資源、工（gōng）業廢物資源、城市垃圾資源”為原料，添加木炭粉、粘合油劑、助燃劑（jì）等添加劑，生產加（jiā）工出傳統能源或者替代能源的科學技術。由於生物質的獨特性質（例如高氧含量、高含水量、高度酸（suān）性），加上為石油工業開發的許多材料不能轉化（huà）為生物能源（yuán）應用，開發用於生物能源應用（yòng）的催化劑存在獨特的挑戰。

 

美國能源部下屬的生物（wù）能源（yuán）技術辦公（gōng）室（BETO）宣布成立生物能（néng）源化學催化聯盟（ChemCatBio），希（xī）望通過支（zhī）持新催化材料的開發，為實現國（guó）內生物（wù）經濟的可持（chí）續發展（zhǎn）鋪平道路。

 

該聯盟由七個美國能源部國家（jiā）實驗室組成，旨在（zài）甄別和克服生物質（zhì）轉（zhuǎn）化過程中的催化挑戰。生物能源（yuán）化學催化聯盟將為商業生物能源（yuán）應用帶來新的催化材料，催化（huà）速度至少為現有材料的兩倍且成本降至當前的一半，以促進生物能源技術（shù）行業的持（chí）久發展。該聯盟將（jiāng）利（lì）用美國（guó）能源部國家實驗室（shì）獨有的能力，加速開發用於生物質衍生燃料和化學品商業化的催化劑和相關技術，從而強化能源安全和國家（jiā）在全球生物經濟中的領（lǐng）導地位。

 

美國海軍研究（jiū）實驗室部署首台

激光粉末床金屬3D打印設備

 

據（jù）概念激光公司官網2017年2月27日（rì）報道，近日，美（měi）國海軍研究（jiū）實（shí）驗室（NRL）選（xuǎn）購了德國概念激光公司美國分公司的金屬3D打印技術進（jìn）行零件快（kuài）速成型和材料研究，包括3D打印設備、在（zài）線質（zhì）量監控係統以及自由設計（jì）定製參數軟件等。

 

美國海軍研究實驗室將使用概念激光公司的最新設備——M2熔（róng）化機（jī）製造（zào）複雜不鏽鋼部件。這是該實驗室（shì）的第一台（tái）激光粉末床金屬3D打印設備。

 

在打印（yìn）過程中，監控激光熔化係統的數據（例如溫度、電能質量和激光輸出等）非常重要。因此，海軍研究實（shí）驗室除部署M2熔接機之外，還通過QMmeltpool 3D質量保證監控係統，對成形質（zhì）量進行原位監控。該係統采用一個光電二極管和一個攝像（xiàng）頭通過（guò）具有精確定位功能的激光光學器件，對熔池位置和熔化強度進行（háng）同軸監控，可提（tí）供與位置相關的三維可（kě）視化和實（shí）時監控。該係統將幫助海軍研究（jiū）實驗室檢測設計中的任何缺陷，並查看“應用程序是否處於可（kě）接受性的（de）邊緣”。

 

為了幫助其工程師開（kāi）發一些（xiē）定製參（cān）數（shù），並實現設計自由，海軍研究實驗室還利用CL WRX Parameter 2.0軟件。通過該軟件，用戶可以為零件的每個（gè）特定區域配置不同的參數，也可為不同的單元配置不同（tóng）曝光（guāng）策略，從而形（xíng）成具有多（duō）個參數（參數配置給每個單元）的零件。這使得零件第（dì）一次被正確地3D打印的（de）可能性更大，進而可（kě）降（jiàng）低技術風險並且可以提高成（chéng）形質量。

 

美國海軍研究實驗室相（xiàng）關（guān）人員表示，實驗（yàn）室需要多元化的增材製造能力，如：質量監測、過程參數開發（fā）、增材製造體係架構等，用於指導研究和開發工作。

 

美國Fabrisonic公司

突破超聲（shēng）波增減材混合製造（zào）技術

 

據（jù）3ders網站2017年（nián）2月23日報道, 美國俄亥俄州一家金屬3D打印技術公（gōng）司Fabrisonic近日獲（huò）得一項新的美國專利（專利號為9446475），專利內容是采用一種能在其（qí）已有超聲波增材製造（UAM）設備中協同定位增材、減材單元的技術（shù）。該公司以超聲波增材製造（zào）技術而著稱（chēng），宣（xuān）稱此項專利進（jìn）一步提高了（le）其金屬（shǔ）混合3D打印設（shè）備的能（néng）力。 

 

這項（xiàng）新（xīn）的專利技術，超聲波增材製造焊接頭變成了一台標準（zhǔn）數控（kòng）銑床CAT50刀庫中的一個工具，通（tōng）過協同定位數控銑床中的焊（hàn）接和銑削功能，能夠提高混合增材製造設（shè）備的精度，且（qiě）在無需增大設備體積的同時提高了零件（jiàn）製造尺寸。此項專利是該公司申請的第10項超聲波增材製造技（jì）術專利。此（cǐ）項專利（lì）技（jì）術繼續（xù）鞏固了該公司在開發金屬增材製造設備方（fāng）麵的領導地位。

 

該技術於（yú）1999年由（yóu）Dawn White發明，2011年，Fabrisonic公司首先開始進一（yī）步技術開發。目前，Fabrisonic是唯（wéi）一一家使用該技術的公司。這項創新性的技術使用聲波來逐層熔融金屬薄片來成形三維結構。這意味著（zhe）整個成形過（guò）程不需要很高的溫度（dù），可在正常的工廠環境下使用。 

 

UAM技術的另一（yī）個優點在於（yú）其混合增材/減材係統，新專利正致力於提升該係統能（néng）力。該公司研發的（de）設備是在一台商用3軸數控銑床上增加其具有知識產權的焊接頭來進行（háng）增材製造。先用焊接頭近淨成形三維結構（gòu），然後（hòu）用數控銑床進（jìn）行精密加工。Fabrisonic的（de）混合係統可生產公差為+/-0.0005英寸的零件。該設備的增減材混合（hé）製造特征使其更易於應用於零部件維（wéi）修，因為用於增材製造的聲波焊接頭可逐層重（chóng）建磨損或損壞的零件（jiàn）。 

 

Fabrisonic公司現有兩款產品，分別是SonicLayer4000混（hún）合設備和SonicLayer7200，成形尺寸分別為24英寸×36英寸和6×6×3英尺。這樣大的成（chéng）形尺寸得益（yì）於UAM技術的快速成形能力，速度可達每小時15~30立方英寸。

 

 

 

新技術提高（gāo）複合材料的導電和導熱性

 

美（měi）國複合材料世界（jiè）網站2017年1月11日報道，薩裏大學與布裏斯托爾大學及航空航天公司龐巴迪合作，已經開發出一項（xiàng）新（xīn）技術,可以提高傳統複合材料（liào）的導（dǎo）電性和熱導率。這項技術涉及將碳納米管生長到（dào）碳纖維的表（biǎo）麵，以此來改善複合材料性能。研究人員認（rèn）為,這項（xiàng）技術（shù）對航空工業發展具有深遠的意義，可用於（yú）除冰及減（jiǎn）少高空巡航時形成燃油蒸汽（qì）。研究（jiū）表明（míng）碳（tàn）纖維增（zēng）強複合材料未來將向多（duō）功（gōng）能方向發展，同時仍然保持其結構完整性。新功能包括傳感器、能力采集照明和通信天線等現在都可以集成到複合材料結（jié）構中。未來，碳納（nà）米管改性碳纖維複合材料會帶來多個令人興奮的可能（néng）應用，如有自愈能力的能量收（shōu）集和存儲結構。目前，研究人員正致力於這些原（yuán）型件的開發。由於碳纖（xiān）維複合材料導電性差，目前航空航天工業仍然依賴於金屬銅網的形式,提（tí）供雷擊保護和防止表麵靜電（diàn）積累。這增加了碳纖維複合材料的重量和製造難度。研究人員開發的高質量的碳納米管以高密度（dù）生長在碳纖（xiān）維上，實現了複合材（cái）料整體導電（diàn）。

 

 

美國研究人員成功驗證

可傳遞光電化（huà）學（xué）組合信號的腦（nǎo）機接口微纖（xiān）維（wéi）

 

據（jù）麻省理工網站2017年2月22日報道，人類首次利用直徑類似於頭（tóu）發的彈性單纖維成（chéng）功（gōng）地將光學、電氣和化學信號組合傳輸到大腦中（zhōng），將兩年（nián）前首次提出（chū）的想（xiǎng）法付諸實踐。通過些許調（diào）整，進一步改善該（gāi）彈性纖維的生物兼容（róng）性（xìng），這（zhè）種（zhǒng）新方法為了解大腦不同區域功能和互相關聯信（xìn）息提供了一種快速改進方法。這種新纖維由材料科學家、化學（xué）家、生物學家和其他專家聯合研發。 

 

該纖維旨在模仿大腦組織的柔軟性和靈活（huó）性，這樣能夠讓植入物留在適當位（wèi）置。與使用堅固（gù）金屬纖維相比，植入物功（gōng）能的保持時間更長，從而允許研究人員收集更多數（shù）據。例如，在用實驗室老鼠進行試驗時，研究人員能通過纖維中的兩條流道向老鼠（shǔ）注射攜（xié）帶基因（名為視蛋白）的病毒載體，使神經元具有感光性。注射後，專家們等待視蛋白見效，然後通過中央的光波導（dǎo）發送光脈衝，利（lì）用六個電極精確查找到具體的反應，記錄最終的神經活（huó）性。所有這一係列活動僅僅通（tōng）過200微米（相當於人類頭發（fā）的直徑）的靈活單纖維完成。 

 

以往的神經係統科學研究工作通常分（fèn）別（bié）利用針頭設備注射（shè）光遺傳學用的病毒載體（tǐ），利（lì）用光纖進行（háng）光傳輸，再利用（yòng）電極陣列進行記錄，這一做法（fǎ）複雜度非常高，必（bì）須（xū）及（jí）對不同設備（bèi）進行精確調整的需求。研究人員認為在實踐中精確校準多少有點概率的問題，如果能有一個可（kě）以承攬所有工作的設備則效果會好很多。 

 

研究團隊經過多年的努力研製出這種新纖（xiān）維，它能夠直（zhí）接將病毒（含視蛋（dàn）白）傳（chuán）送到細胞中，然後刺激（jī）該病毒反應並記錄其活動 ，該纖維很細小且具有生物兼（jiān）容性，因此使用壽命很長。 

 

   由於每個纖維都很細小，因此研究人員我們能夠使用多個纖維觀察不同（tóng）的活動區域。在最初的（de）實驗（yàn）過程中，研（yán）究人員同（tóng）時將（jiāng）探針放入兩個不同的大腦（nǎo）區域中，將所用的兩個大腦區（qū）域從一個實驗轉換到另一個實驗中，並測量病毒在其中的反應時間（jiān）。 

 

這種多功能纖維成功的（de）關（guān）鍵在（zài）於導線的開發，它（tā）必須能夠在維持所需靈活性的（de）同時傳（chuán）輸完整的（de）電氣（qì）信號。在進行大量工作（zuò）後，該（gāi）研究團隊設計出一（yī）種摻雜有石墨（mò）薄片（piàn）的導電聚乙烯複合材料（liào）。這種聚乙（yǐ）烯最初會形成（chéng）多（duō）層，噴（pēn）灑石墨薄片後便進行了壓縮，之後再添加一層另一（yī）對聚乙烯層，進行再次壓縮，不斷重複。這種（zhǒng）方法將聚合物的導電性增加了四倍或（huò）五倍，從而使（shǐ）電極尺寸能夠縮小（xiǎo）同等倍數。 

 

該纖維迫切需要解決的問題是在注射遺傳物（wù）質後，神經元需要多久才會變得感光。研究團隊稱，之間的時（shí）間結果僅僅是近似值，而（ér）現在能（néng）夠更加（jiā）精（jīng）確地算出時間。最終證明，最初實驗中所用的（de）特異性（xìng）敏化劑起作用的時間約為11天（tiān）。 

 

該團隊正在研究進一步縮小纖維直徑，使其特（tè）性更接近於（yú）神經組織的特性。雖然（rán）世界各地很多的研（yán）究團隊已經要求在其自身的研究中使用新纖維樣品進行實驗，但是接下來的設計挑戰是使用更為柔軟的材料與臨近的組織真正地匹配。

 

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室

開發3D打印航空碳（tàn）纖維複合材料

 

據美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室網站2017年02月28日報道，美國勞倫（lún）斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)已成功開發出可3D打印的航空級碳纖維複合材料，為（wéi）在航空領域應用這種更好控（kòng）製和更易優化的輕質、高（gāo）強度材料奠定了基礎。2月28日，該研究（jiū）成果在“Nature Scientific Reports”上發表，凸顯出（chū）碳纖維微擠出3D打印（yìn）技術發展的重大進步。碳纖維複合油墨從定製的直接（jiē）油墨書寫(DIW)3D打印機中擠出，最終構成火箭噴（pēn）嘴的一部（bù）分。首席研究員、論文的第一（yī）作者（zhě）Jim Lewicki解釋，碳纖維複合材料通常以兩種（zhǒng）方式製造：通過將纖維物理地纏繞在心軸周（zhōu）圍，或者將（jiāng）纖維（wéi）編織成像柳條（tiáo）筐一（yī）樣，導致（zhì）成品限於平（píng）坦或圓柱（zhù）形形狀。由於性能問題，製造商還是傾向於過度使用材料，這樣會使得部件更重（chóng），也更昂貴，並且超出必需而且更浪費。研（yán）究人員通過改進直接墨水書寫(DIW)3D打印機的打印（yìn）過程，打印出了幾個複雜的3D結構。Lewicki和他的團隊還開發並獲得了一種新（xīn）的化學品，可以在幾秒鍾而不是幾個小時內（nèi）固化材料，並利用實驗室的高性能計算能力發展了碳纖維絲（sī）流動的精確模型。3D打（dǎ）印的能力為碳纖維提供了新的自由空間，研究人員表（biǎo）示，他們還能（néng）控製部件的微觀結構（gòu）。該材料（liào）也具有傳導性，允許在結構內布設定向傳熱通（tōng）道。研究人員透露，最終的材料可以用於製造高性能的飛機機翼，一側絕（jué）緣、不需要在空間旋（xuán）轉的衛星（xīng）組件，還有可以從身體吸收熱量（liàng）的可穿戴物。研究人員接下來將開始進行過程優化，找出放置碳纖（xiān）維最佳位置以便最大限度提高性能。研究人員還與商業、航空航天和防務合作夥伴進行了（le）探討，以推進該技術的未來發展和應（yīng）用。

 

 

 

瑞典科學（xué）家在植物（wù）中構（gòu）造出

導（dǎo）線和超級電容器

 

據瑞典林雪平大學網站2017年2月28日報道，2015年11月瑞典林雪平大學的科研團隊通（tōng）過促（cù）使玫瑰植株（zhū）吸收聚合（hé）物溶液，導（dǎo）電（diàn）水凝膠在玫瑰莖內形成導電線路，從而將玫瑰植株轉化為全功能晶體管，驗證了可以創造電子植物或“發電植物”的（de）可能，引發了廣泛關注。近（jìn）期，該團隊的科研人員又開發了一（yī）種專門用於植物電子應（yīng）用的寡聚體材料，這種材料無需任何外部觸發即可在玫瑰植株內部聚合，不（bú）僅（jǐn）可在（zài）植物莖內、還可以在葉子和花瓣中生成導（dǎo）電絲（sī），並可用（yòng）於能量儲存。試驗證實，形成的（de）玫瑰植株能量儲（chǔ）存裝置可以反複充電數百（bǎi）次而不降低（dī）性能，能量儲存等級與超級電容（róng）器相當。研究人員表示，目前該係統未做（zuò）任何形式（shì）的優化，但明顯（xiǎn）具備驅動離子泵和其他類（lèi）型傳感器的潛力（lì）。該（gāi）項研究（jiū）的成果已經發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》雜誌上，論文題目（mù）為《In vivo polymerization and manufacturing of wires and supercapacitors in plants》。

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